Nuovo articolo: GeForce RTX non è più necessario? Test delle ray tracing su acceleratori GeForce GTX 10 e 16

Dopo che NVIDIA ha dimostrato il ray tracing in tempo reale sulle schede grafiche della serie GeForce RTX, è difficile avere dubbi sul fatto che questa tecnologia (in una combinazione ragionevole con l'algoritmo di rasterizzazione) rappresenti il futuro dei videogiochi. Tuttavia, le GPU basate sull'architettura Turing con RT core specializzati sono state fino a poco tempo fa considerate l'unica categoria di GPU discrete con la potenza di calcolo adeguata per questa tecnologia.

Come hanno mostrato i test dei primi giochi che hanno adottato il Ray Tracing (Battlefield V, Metro Exodus e Shadow of the Tomb Raider), anche gli acceleratori GeForce RTX (soprattutto il più economico di loro — RTX 2060) subiscono un notevole calo della frequenza di aggiornamento nei compiti di rendering ibrido. Nonostante i primi successi, il ray tracing in tempo reale non può ancora essere considerato una tecnologia matura. Solo quando non solo i dispositivi più avanzati e costosi, ma anche le schede grafiche di fascia media raggiungeranno gli standard di prestazioni precedenti nei giochi di nuova generazione, si potrà annunciare che il cambiamento di paradigma avviato da Jensen Huang si è finalmente realizzato.

Ray tracing su "Pascal" — pro e contro

Ma già ora, mentre non è stata pronunciata alcuna parola sul futuro successore dell'architettura Turing, NVIDIA ha deciso di stimolare il progresso. Al GPU Technology Conference dello scorso mese, il team verde ha annunciato che gli acceleratori basati su chip Pascal, così come i rappresentanti minori della famiglia Turing (serie GeForce GTX 16), acquisiranno la funzione di ray tracing in tempo reale insieme ai prodotti a marchio RTX. Oggi il driver promesso è già disponibile per il download sul sito ufficiale di NVIDIA, e l'elenco dei dispositivi include modelli della famiglia GeForce 10, a partire dalla GeForce GTX 1060 (versione 6 GB), l'acceleratore professionale TITAN V basato sul chip Volta e, naturalmente, i modelli di nuova arrivata di fascia media basati sul chip TU116 — GeForce GTX 1660 e GTX 1660 Ti. L'aggiornamento ha interessato anche i laptop con GPU corrispondenti.

Dal punto di vista tecnico, non c’è nulla di straordinario. Le schede grafiche con blocchi shader unificati potevano eseguire il Ray Tracing molto prima dell'arrivo dell'architettura Turing, anche se all'epoca non avevano la potenza necessaria affinché questa possibilità fosse richiesta nei giochi. Inoltre, mancava uno standard unico per i metodi software, a parte API chiuse come NVIDIA OptiX. Ora, con l'estensione DXR per Direct3D 12 e librerie analoghe nel linguaggio di programmazione Vulkan, il motore di gioco può accedervi indipendentemente dal fatto che la scheda grafica sia dotata di logica specializzata — purché il driver lo consenta. I chip Turing hanno core RT separati per questo scopo, mentre nei GPU architetture Pascal e nel processore TU116, il ray tracing è implementato nel formato di calcoli generali su un'array di ALU shader.

Tuttavia, tutto ciò che sappiamo sull'architettura Turing dalle parole stesse di NVIDIA indica che Pascal non è adatto per applicazioni con supporto DXR. Nella presentazione dell'anno scorso dedicata ai modelli di punta della famiglia Turing — GeForce RTX 2080 e RTX 2080 Ti — gli ingegneri hanno fornito le seguenti informazioni. Se si dedicassero tutte le risorse della migliore scheda video consumer della generazione precedente — GeForce GTX 1080 Ti — al calcolo del ray tracing, le prestazioni finali non supererebbero l'11% di ciò che teoricamente è in grado di fare l'RTX 2080 Ti. È altrettanto importante notare che i core CUDA liberi del chip Turing possono essere utilizzati contemporaneamente per l'elaborazione parallela di altri componenti dell'immagine — esecuzione di programmi shader, coda di calcoli non grafici per Direct3D durante l'esecuzione asincrona, e così via.

Nei giochi reali, la situazione è più complicata, poiché gli sviluppatori utilizzano con parsimonia le funzioni DXR sulle console esistenti, e gran parte del carico computazionale è ancora occupata dalla rasterizzazione e dalle istruzioni dei shader. Inoltre, alcuni effetti diversi generati tramite il ray tracing sono ben eseguiti anche su core CUDA delle schede Pascal. Ad esempio, le superfici riflettenti in Battlefield V non prevedono un secondo riflesso dei raggi e, di conseguenza, costituiscono un carico gestibile per le potenti schede grafiche della passata generazione. Lo stesso vale per le ombre in Shadow of the Tomb Raider, anche se il rendering di ombre complesse formate da diverse fonti di luce è già un compito più impegnativo. D'altra parte, il lighting globale in Metro Exodus è difficile anche per il Turing, e dalle schede Pascal non si possono aspettare risultati comparabili in alcun modo.

Non c'è dubbio che si stia parlando di una differenza multipla nelle prestazioni teoriche tra i rappresentanti dell'architettura Turing e i loro più vicini analoghi in silicio Pascal. Inoltre, a favore del Turing non gioca solo la presenza dei core RT, ma anche i numerosi miglioramenti generali tipici degli acceleratori di nuova generazione. Infatti, i chip Turing possono eseguire in parallelo operazioni su dati in virgola mobile (FP32) e interi (INT), hanno un ampio volume di cache locale e core CUDA separati per calcoli a precisione ridotta (FP16). Tutto ciò significa che il Turing non solo si occupa meglio dei programmi shader, ma può anche calcolare in modo relativamente efficace il ray tracing senza blocchi specializzati. È il rendering ad alta intensità di risorse mediante il Ray Tracing a richiedere non solo la ricerca delle intersezioni tra raggi e elementi di geometria (compito dei core RT), ma soprattutto il calcolo del colore nel punto di intersezione (shading). Inoltre, i vantaggi dell'architettura Turing si applicano pienamente anche a GeForce GTX 1660 e GTX 1660 Ti, anche se nel chip TU116 non ci sono core RT, quindi i test di queste schede grafiche con il ray tracing software rappresentano un interesse particolare.

Ma basta con le teorie, dato che abbiamo già raccolto dati sulle prestazioni delle "Pascal" (così come delle più recenti "Turing") in Battlefield V, Metro Exodus e Shadow of the Tomb Raider basandoci sulle misurazioni effettuate. Notiamo che né il driver né i giochi stessi regolano il numero di raggi per ridurre il carico sulla GPU senza RT core, il che significa che la qualità degli effetti su GeForce GTX e GeForce RTX dovrebbe essere la stessa.

Banco di prova, metodologia di test

Le medie e i valori minimi dei frame per secondo vengono elaborati da un array di tempi di rendering di singoli frame, registrato dal benchmark integrato (Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider) o dall'utility OCAT, se non presente nel gioco (Battlefield V).

La media di cambio dei frame nei grafici è un valore inverso al tempo medio di un frame. Per calcolare il frame rate minimo, si valuta il numero di frame generati in ogni secondo del test. Da questo array di numeri viene selezionato il valore corrispondente al primo percentile della distribuzione.

Partecipanti al test

Le seguenti schede grafiche hanno partecipato ai test delle prestazioni:

• NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition (1350/14000 MHz, 11 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 2080 Founders Edition (1515/14000 MHz, 8 GB);
• NVIDIA GeForce RTX 2070 Founders Edition (1410/14000 MHz, 8 GB);
• NVIDIA GeForce RTX 2060 Founders Edition (1365/14000 MHz, 6 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti (6 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 1660 (6 GB);

• NVIDIA GeForce GTX 1080 Ti (1480/11000 MHz, 11 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 1080 (1607/10000 MHz, 8 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 1070 Ti (1608/8008 MHz, 8 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 1070 (1506/8008 MHz, 8 GB);
• NVIDIA GeForce GTX 1060 (1506/9000 MHz, 6 GB).

Battlefield V

Poiché Battlefield V è un gioco piuttosto poco esigente (soprattutto nelle risoluzioni 1080p e 1440p), e poiché il ray tracing viene utilizzato in modo frammentario, il test della GeForce di serie 10 con l'opzione DXR ha fornito risultati promettenti. Tuttavia, tra tutti i modelli senza supporto Ray Tracing a livello di silicio, abbiamo dovuto limitarci ai modelli GTX 1070/1070 Ti e GTX 1080/1080 Ti. I giochi di Electronic Arts rispondono con sospetto ai frequenti cambiamenti della configurazione hardware e bloccano l'utente per un periodo di uno o più giorni. Pertanto, le misurazioni delle prestazioni della GeForce GTX 1060 e di due dispositivi della serie GeForce GTX 16 verranno pubblicate in questo articolo più avanti, non appena Battlefield V rimuoverà le limitazioni dalla nostra macchina di test.

In termini percentuali, qualsiasi partecipante al test sperimenta un calo di prestazioni sostanzialmente simile a diverse impostazioni di qualità del ray tracing, indipendentemente dalla risoluzione dello schermo. Ad esempio, le prestazioni delle schede video marchiate GeForce RTX 20 diminuiscono del 28–43 % con effetti DXR a bassa e media qualità, mentre a qualità alta e massima scendono tra il 37 e il 53 %.

Se si parla dei modelli di punta della famiglia GeForce 10, a livelli di ray tracing Low e Medium il gioco perde tra il 36 e il 42 % di FPS, mentre a qualità alta (impostazioni High e Ultra) DXR consuma già il 54–67 % del frame rate. Notiamo che in molte, se non nella maggior parte delle scene di gioco di Battlefield V, non c'è una differenza marcata tra le impostazioni Low e Medium, né tra High e Ultra — né per nitidezza dell'immagine né per prestazioni. Nella speranza che le GPU Pascal siano più sensibili a questo parametro, abbiamo condotto test a tutte e quattro le impostazioni. E in effetti, sono emerse alcune differenze, ma solo alla risoluzione 2160p e nell'ordine del 6% di FPS.

Nei valori assoluti, qualsiasi delle schede di punta con chip Pascal può mantenere un frame rate oltre i 60 FPS in modalità 1080p con qualità di riflesso ridotta, mentre la GeForce GTX 1080 Ti punta a risultati simili anche a ray tracing a livello High. Ma se si passa alla risoluzione 1440p, solo la GeForce GTX 1080 e la GTX 1080 Ti offrono un frame rate confortevole di 60 FPS e oltre a qualità di ray tracing Low o Medium, mentre in modalità 4K nessuna delle schede di generazione precedente possiede una potenza computazionale adeguata (allo stesso modo di qualsiasi Turing, eccetto la GeForce RTX 2080 Ti di punta).

Cercando parallelismi tra specifiche schede della serie GeForce GTX 10 e GeForce RTX 20, il modello migliore della generazione precedente (GeForce GTX 1080 Ti), che nei compiti di rendering standard senza DXR è equivalente alla GeForce RTX 2080, si è posizionato al livello della GeForce RTX 2070 con qualità di ray tracing ridotta, mentre a qualità alta può competere solo con la GeForce RTX 2060.

Fonte: 3dnews.ru